作者：卓維乾 ? 轉(zhuǎn)自：IT168
【IT168 專(zhuān)稿】要保證企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵應(yīng)用可持續(xù)性，就需要對(duì)交換網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，然而這將產(chǎn)生廣播風(fēng)暴、“網(wǎng)絡(luò)環(huán)路”等問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)，將導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓？于是，STP生成樹(shù)解決辦法出現(xiàn)了……
　　
　　網(wǎng)絡(luò)冗余設(shè)計(jì)與廣播風(fēng)暴的矛盾
　　廣播風(fēng)暴的克星：設(shè)計(jì)STP網(wǎng)絡(luò)生成樹(shù)
　　技術(shù)剖析：STP生成樹(shù)初始化與收斂
　　案例分析：觀察生成樹(shù)收斂過(guò)程
　　實(shí)戰(zhàn)剖析：STP生成樹(shù)如何配置？
　　技術(shù)進(jìn)化：RSTP快速生成樹(shù)配置
　　
　　網(wǎng)絡(luò)冗余設(shè)計(jì)與廣播風(fēng)暴的矛盾
　　
　 　在一個(gè)包含有交換機(jī)與網(wǎng)橋的網(wǎng)絡(luò)中，消除環(huán)路對(duì)于獲得可靠通信與防止流量在網(wǎng)絡(luò)中不停循環(huán)必不可少。生成樹(shù)協(xié)議（Spanning-tree Protocol，STP），工作在ISO七層模型中第二層，其應(yīng)用能夠使交換機(jī)或者網(wǎng)橋通過(guò)構(gòu)成“生成樹(shù)”，在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲袆?dòng)態(tài)執(zhí)行“環(huán)路遍歷”，通過(guò)邏 輯判斷網(wǎng)絡(luò)的鏈路，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)無(wú)環(huán)路和鏈路冗余的目的。
　　
　　網(wǎng)絡(luò)冗余拓?fù)湓O(shè)計(jì)與環(huán)路　　訪問(wèn)文件服務(wù)器、 數(shù)據(jù)庫(kù)、因特網(wǎng)、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)和企業(yè)外部網(wǎng)，這些對(duì)于商業(yè)成功有著關(guān)鍵作用。如果網(wǎng)絡(luò)癱瘓了，生產(chǎn)就會(huì)蒙受損失，顧客就會(huì)不滿(mǎn)。因此，在如今的網(wǎng)絡(luò)工程設(shè)計(jì) 中，冗余設(shè)計(jì)是考驗(yàn)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，鏈路冗余使網(wǎng)絡(luò)具有了容錯(cuò)功能，但如何在冗余設(shè)計(jì)中避免“網(wǎng)絡(luò)環(huán)路”的危害呢？
　　
　　1．網(wǎng)絡(luò)的高可用性
　 　所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)者和管理者都在追尋1天24小時(shí)，1周7天都能正常運(yùn)行的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。但達(dá)到100%正常運(yùn)行是幾乎不可能的，所以99.999%（即 “5個(gè)9”）的可靠性則是一些公司設(shè)定的目標(biāo)。這意味著平均每30年才有1天的故障時(shí)間，平均每4000天才有1小時(shí)的故障時(shí)間，平均每年只有 5.25min的故障時(shí)間。此外，對(duì)許多企業(yè)（如金融機(jī)構(gòu)、醫(yī)院、ISP等）而言，如果發(fā)生這些故障，則會(huì)帶來(lái)巨大的商業(yè)損失。
　　
　　達(dá)到99.999%的可靠性的目標(biāo)需要極其可靠的網(wǎng)絡(luò)。就本章而言，網(wǎng)絡(luò)的可靠性來(lái)源于可靠的設(shè)備和可以容忍故障和錯(cuò)誤的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，為了屏蔽故障，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)成能夠快速收斂。
　　
　 　部分局域網(wǎng)在早期的建設(shè)中，由于成本的原因并未在設(shè)計(jì)中考慮冗余問(wèn)題，而在后期優(yōu)化工作中則需從網(wǎng)絡(luò)鏈路和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備兩方面著手。條件允許的話(huà)最好能夠提 供不同物理方向的雙歸屬、雙路由保護(hù)。設(shè)備的冗余是指采用冗余配置的單機(jī)或多臺(tái)設(shè)備互為熱備份，但是一般情況下多臺(tái)設(shè)備互為熱備份的方式比較昂貴。因此， 生成樹(shù)技術(shù)存在著很大應(yīng)用需求市場(chǎng)。
　　
　　2．冗余拓?fù)?br />　　
　　冗余拓?fù)?#xff08;Redundant Topologies）的目標(biāo)是消除由于單點(diǎn)故障引起的網(wǎng)絡(luò)中斷。這就和我們每天上班途經(jīng)的公路一樣，如果正在進(jìn)行道路維修的話(huà)，我們同樣可以通過(guò)繞行來(lái) 到達(dá)目的地。如圖8-1中所示，網(wǎng)段2中的所有客戶(hù)端在交換機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用不會(huì)受到影響。交換機(jī)A如果出現(xiàn)故障，網(wǎng)絡(luò)流量依然可以通過(guò)交換機(jī)B到 達(dá)服務(wù)器和路由器。

?????????????????????????????? 圖8-1? 冗余拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)
容錯(cuò)性通過(guò)冗余來(lái)實(shí)現(xiàn)。冗余指的是多于和大于一般情況和正常情況下所應(yīng)該有的冗余設(shè)計(jì)可以貫穿整個(gè)三層結(jié)構(gòu)（核心、匯聚、接入），每個(gè)冗余設(shè)計(jì)都有針對(duì) 性，可以選擇其中一部分或幾部分應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)中以針對(duì)重要的應(yīng)用系統(tǒng)。萬(wàn)一網(wǎng)絡(luò)中某條路徑失效時(shí)，冗余鏈路可以提供另一條物理路徑。可采用鏈路聚合 （IEEE 802.3ad）實(shí)現(xiàn)“端口級(jí)”冗余，以克服某個(gè)端口或線路引起的故障；也可采用生成樹(shù)協(xié)議（IEEE 802.1d）提供“設(shè)備級(jí)”的冗余連接。
冗余設(shè)計(jì)帶來(lái)環(huán)路沖突、廣播風(fēng)暴
　　
　　交換機(jī)學(xué)習(xí)連接到其端口設(shè)備的MAC地址，以便于工作數(shù)據(jù)能夠正確轉(zhuǎn)發(fā)到目的地。在交換機(jī)獲得設(shè)備的MAC地址之前，它會(huì)把未知的目的地的幀泛洪出去，廣播和多播也會(huì)被泛洪出去。所以，冗余交換拓?fù)湟矔?huì)導(dǎo)致廣播風(fēng)暴、幀的反復(fù)重傳和MAC地址表不穩(wěn)定的問(wèn)題。
　　
　　從生成樹(shù)的發(fā)展歷程來(lái)看，透明網(wǎng)橋轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀時(shí)，如果有環(huán)路，數(shù)據(jù)幀將會(huì)在環(huán)路中來(lái)回傳遞，大量增生數(shù)據(jù)幀，形成廣播風(fēng)暴。如圖8-2所示，顯示了一個(gè)核心的數(shù)據(jù)區(qū)域的多環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。
　　
　　多環(huán)形網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)任何一條鏈路出現(xiàn)問(wèn)題都不影響應(yīng)用，但在環(huán)形交換網(wǎng)絡(luò)中很容易出現(xiàn)“廣播風(fēng)暴”。出現(xiàn)“廣播風(fēng)暴”主要有兩種原因：廣播和電纜中斷引發(fā)環(huán)路。
　　
　　1）廣播環(huán)路
　　圖8-3中說(shuō)明廣播環(huán)路的形成。網(wǎng)絡(luò)兩臺(tái)交換和兩臺(tái)主機(jī)，兩臺(tái)交換機(jī)之間環(huán)形連接，如果沒(méi)有啟用生成樹(shù)，主機(jī)A向主機(jī)B發(fā)送廣播幀。


圖8-2? 高可靠多冗余網(wǎng)絡(luò)示意圖



圖8-3? 廣播環(huán)路產(chǎn)生示意圖
　假設(shè)兩臺(tái)交換機(jī)均沒(méi)有運(yùn)行生成樹(shù)，主機(jī)A發(fā)送MAC為FF-FF-FF-FF-FF-FF 的廣播幀①，由于以太網(wǎng)絡(luò)是星形或總線形，廣播同時(shí)發(fā)送到SW-1和SW-2上②，當(dāng)廣播幀達(dá)到SW-1 1/1端口時(shí)，SW-1通過(guò)端口1/2將該廣播幀發(fā)送給SW-2 的1/2口③④，SW-2通過(guò)1/1端口又將該廣播幀發(fā)給SW的1/1 端口⑤⑥，SW-1將該數(shù)據(jù)幀繼續(xù)通過(guò)1/2端口繼續(xù)發(fā)給SW-2 的1/2口⑦，這樣一個(gè)環(huán)路形成；另外我們注意到，第一個(gè)廣播幀也發(fā)給SW-2的1/1，SW-2也一樣將該廣播幀發(fā)給SW-1，這樣雙向廣播形成。
　　
　　在路由網(wǎng)絡(luò)中不存在這個(gè)問(wèn)題，路由協(xié)議為了避免環(huán)路的性，有一個(gè)參數(shù)叫路由老化時(shí)間（TTL）。而在以太交換網(wǎng)絡(luò)中情況卻不是這樣，可以從以太網(wǎng)幀格式分析出來(lái)，如圖8-4所示。
　　

圖8-4? 以太網(wǎng) DIX 版本2 幀格式
　　在以太網(wǎng)DIX版本2中，數(shù)據(jù)幀格式中沒(méi)有類(lèi)似TTL這樣的老化計(jì)數(shù)器，所以數(shù)據(jù)幀將在環(huán)路的以太網(wǎng)中不停的循環(huán)。可以想象，一個(gè)簡(jiǎn)單的默認(rèn)廣播幀在環(huán)路中以2的N次方增生，眨眼間就足以將100M的以太網(wǎng)給堵死。
　　　　提示：在第三層中才有TTL，隨著TTL值的不斷減小，直到0的進(jìn)修，數(shù)據(jù)包就會(huì)被丟棄。目前有部分廠家的交換機(jī)出廠時(shí)，默認(rèn)的STP是關(guān)閉的，這樣就需要提供現(xiàn)場(chǎng)工作人員一定要注意規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)，或者項(xiàng)目實(shí)施的時(shí)候打開(kāi)生成樹(shù)功能。
　　2）網(wǎng)絡(luò)鏈路中斷引發(fā)環(huán)路
　　
　　常見(jiàn)的環(huán)路主要是廣播環(huán)路引起，然而，單播也能引發(fā)環(huán)路，圖8-5顯示了該環(huán)路引發(fā)的流程

圖8-5? 單播引發(fā)的環(huán)路


　　假設(shè)主機(jī)A發(fā)送一個(gè)Ping單一包給主機(jī)B①，數(shù)據(jù)包將同時(shí)發(fā)送到SW-1和SW-2的1/1端口上②，這時(shí)主機(jī)B臨時(shí)關(guān)機(jī)，這是在SW-2上，主機(jī) B 的MAC地址從MAC地址表中被釋放，這是SW-1的MAC表內(nèi)沒(méi)有主機(jī)B的MAC地址，直接將該數(shù)據(jù)包發(fā)送給SW-2 的1/2端口③、④，SW-2收到SW-1來(lái)的數(shù)據(jù)包，這時(shí)就有可能出現(xiàn)兩種情況：
　　
* SW-2將廣播該數(shù)據(jù)幀，應(yīng)該主機(jī)B的MAC地址是新學(xué)到的，又重新從1/1口發(fā)送到回去⑤，這樣環(huán)路產(chǎn)生。
* SW-2從端口 1/2收到源地址為AA.AA.AA.AA.AA.AA的數(shù)據(jù)包，這是SW-2錯(cuò)誤的更新他的MAC地址表，誤認(rèn)為主機(jī)A從1/2端口學(xué)到⑥，造成網(wǎng)絡(luò)無(wú)法正常通信。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的STP生成树连载：制服网络广播风暴（1）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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